5.2数据采集项目如何实施

EMPOWERFORINDUSTRYGROWWITHPARTNERS数据采集项目如何实施讲师：XXX时间：2021年12月学习目标

通过完整的项目交付流程，使学生掌握现场如何调研以及实施方案的编制，项目完工如何验收等交付工程师典型工作任务；5.1.1.工业设备现场勘察1.工业设备现场勘察1.工业设备勘察首先打开工业互联网数据采集实训平台，如下图所示，点击进入项目前期调研模块，在跳转的界面中分别选择《参考点表：PLC点表》、《参考点表：CNC点表》、《参考点表：OPC点表》以及《项目调研表格》，进行在线查阅学习或下载学习，同样，也可以点击页面最下方对应的指引视频进行观看。通过指引文档以及指引视频的指导，开始进行任务详细实施工作。1.工业设备现场勘察我司销售人员目前在跟进某工厂数据采集与分析系统项目，且与客户沟通较为顺利，客户方有意让我方技术人员至现场进行工业设备现场勘察。为了推进项目签订以及后续的项目方案编写，我方现需要对客户现场所有工业设备进行逐一勘察。利用现有实训设备模拟实际工业现场设备，对学生进行分组，对设备进行模拟调研。主要调研工业设备的控制器型号、通信接口种类和数量、数据采集网关安装位置、电源情况等。首先是工业设备现场勘察，这是项目调研的第一步，也是十分重要的一步，首先咱们到达客户现场后，需要确认现场工业控制器的通信接口情况，因为没有通信接口的设备我们需要另外考虑解决办法。然后需要确认数据采集网关的安装空间，这里我们首选是把网关和控制器放置在同一个控制柜内，方便数据采集调试，若控制柜内空间不足则需另外加装控制柜。1.工业设备现场勘察接着我们要确认的是网关的供电，因为咱们数据采集网关是需要供电的，所以需要确认现场控制柜内有无24V或220V的电源提供使用。最后需要确认现场的网络情况，有没有有线网络或者无线网络，是否需要开槽布线等。1.工业设备现场勘察2.工业设备调研表格编写在进行现场设备勘察工作结束后，需要将设备调研表格进行填充，为后续项目方案编写夯实基础。首先我们要将企业名称以及车间写清楚，因为一般来讲一个企业按照工序会分为多个不同的分厂或车间，不同的设备会放置在不同车间内，所以为了方便后续现场的一系列工作，我们必须要将该信息写清楚。然后是工业设备控制器的品牌、型号以及接口，这类信息十分重要，是我们进行数据采集方案编写的关键，只有确定了控制器型号及接口，我们才能够判断数据采集的可行性。最后是采集方案，这里只需根据接口情况大致设计方案即可，比如在调研时发现控制器通信接口被占用，那么我们要在最后写明情况并建议增加扩展通信模块。5.2.2.工业现场网络测试5.2.2.工业现场网络测试1.信号测试软件应用(1)电脑端信号测试软件应用首先使用笔记本电脑下载信号测试软件，这里我们以网速管家为例。下载安装完成后，打开该网络测试软件。测试有线网络时，需要用网线将笔记本电脑连接至局域网内，然后在软件中点击“一键检测”按钮，然后等待网络检测结果，如下图所示。检测完成后，系统会提示“检测完成”提示语，并展示各项检测结果，如下图所示。5.2.2.工业现场网络测试检测完成后，系统会提示“检测完成”提示语，并展示各项检测结果，如下图所示。5.2.2.工业现场网络测试接下来要使用信号探测仪工具，来对现场的Wi-Fi信号进行探测，首先打开该信号探测仪功能，然后可以看到界面中有实时的信号强弱数据，如下图所示，这时我们移动笔记本电脑或移动终端，可以看到信号强度发生变化，通过此功能，可以判断工业现场的数据采集网关安装位置是否符合条件，若安装位置信号较弱，则需要继续借助该信号探测仪工具来重新选择位置。5.2.2.工业现场网络测试同时，借助该信号测试软件，还能够对现场的Wi-Fi进行分析，如下图所示，该工具可以对信道的使用以及干扰情况做诊断。5.2.2.工业现场网络测试最后，按照检测报告的模板以及网络测试的结果，输出网络检测报告，供后续方案设计以及项目实施做铺垫，如下图所示5.2.2.工业现场网络测试(1)移动端信号测试软件应用若现场无笔记本电脑供我们使用，则可以选择用移动端的网络测试APP对现场网络情况进行测试。首先下载并安装网络测试软件，这里我们同样以网速关键APP为例。安装完成后运行该APP，在工具箱页面中可以找到我们上面在电脑端中所讲到的几个功能，如下图所示，功能上与电脑端是一致的，所以这里不做解释。5.2.2.工业现场网络测试1.局域网IP扫描工具应用局域网IP扫描工具SoftPerfectNetworkScanner是一个免费的多线程IP、NetBIOS和SNMP扫描软件，可以检测用户自定义的端口并报告已打开的端口，解析主机域名和自动检测本地IP，监听TCP端口扫描共享在网络上（包括系统和隐藏）显示器的资源类型，可以用来分析当前网络中的流量，并找出网络中潜在的问题。输入网段IP，点击“开始扫描”按钮，即可获取扫描结果。SoftPerfectNetworkScanner页面如下图所示：5.2.3.项目调研报告编写5.2.3.项目调研报告编写1.设备勘察信息汇总汇总工业设备现场勘查的信息，包括设备接口、设备型号、控制器型号、现场网络情况等。5.2.3.项目调研报告编写2.编写项目调研报告打开工业互联网数据采集实训平台，点击进入项目前期调研模块，如下图，在跳转的界面中选择《项目调研报告》进行下载。5.2.3.项目调研报告编写同样也可以点击页面最下方对应的指引视频进行观看。通过指引文档以及指引视频的指导，开始进行任务详细实施工作。将下载下来的项目调研报告模板打开，按照模板要求进行内容填充，如下图所示。1)首先是项目的概述，结合前期项目现场勘察的情况以及用户实际需求，编写项目概述，内容应当将项目情况描述清楚。2)二是项目总体目标，通过前期的现场调研勘察以及沟通，我们应该对项目的总体目标非常了解了，这里需要将总体目标做阐述，包括需要采集数据的设备数量、数据应用分析目标等等。3)三是联网设备的具体清单，清单中务必列出设备类型、控制器型号、采集参数等。最后是工业现场设备位置分布情况，这里可以通过VISIO或PPT软件等进行布局的绘制。5.2.4数据采集项目方案设计5.2.4数据采集项目方案设计1.项目方案设计模板的下载及使用首先打开工业互联网数据采集实训云平台，点击进入项目方案设计模块，在跳转的界面中选择《数据采集项目方案设计模板》进行在线查阅学习或下载学习，同样也可以点击页面最下方对应的指引视频进行观看。通过指引文档以及指引视频的指导，开始进行任务详细实施工作。该任务主要内容是具体的数据采集方案的编写，这里主要包括方案整体架构搭建、数据采集网络拓扑及IP地址规划、数据采集网关选型、数据采集网关的安装等内容。5.2.4数据采集项目方案设计2.数据采集项目方案设计首先是工业互联网数据采集项目整体架构的搭建，这块内容比较重要，一般来说工业互联网数据采集项目架构可分为设备层、采集层、处理层、应用层和展示层等五个层面，形成了从设备联网、采集、处理、应用到展示的设备数据监控应用生态，当然这里的项目架构也会因为用户的不同需求相应地做出调整。下图是针对工业互联网数据采集项目的一个通用系统架构图，这里根据项目需求会做微调。5.2.4数据采集项目方案设计数据采集系统架构可分为设备层、采集层、处理层、应用层和展示层等五个层面，形成了从设备联网、采集、处理、应用到展示的设备数据监控应用生态。其中设备层包括数控机床、机器人、大型加工设备、AGV、打标机等各类生产设备。采集层通过OPC、Modbus等通讯协议实现设备联网、对各类设备进行数据采集，采集方式有CNC采集、PLC采集等方式。数据处理层负责采集数据的存储、加工处理和推送等。应用层包括数据处理分析、实时展示、数据历史追溯、数据统计报表等。展示层用于输出数据处理结果，可输出到车间看板、总控大屏幕、3D可视化系统等。数据采集网络拓扑及IP地址规划前面在项目前期调研的内容中提到过，调研时所做的工作主要就是为这里搭建网络拓扑做铺垫；然后是数据采集网关的选型，工业现场的设备类型很多，控制器类型也各不相同，所以在进行现场调研，了解清楚现场工业设备的详细情况之后，就可以针对性地进行数据采集网关的选型了，这里一般比较常见的数据采集网关有PLC网关、OPC网关以及CNC网关。最后是数据采集网关的安装，这里也是要根据咱们前面所编写的设备调研报告中的内容来设计详细的网关安装方案。5.2.5.数据采集项目方案评审5.2.5.数据采集项目方案评审1.项目方案评审记录表模板的下载及使用首先打开工业互联网数据采集实训平台，如下图所示，点击进入项目方案设计模块，在跳转的界面中选择《方案设计评审记录表模版》进行在线查阅学习或下载学习，同样，学生也可以点击页面最下方对应的指引视频进行观看。通过指引文档以及指引视频的指导，开始进行任务详细实施工作。5.2.5.数据采集项目方案评审2.项目方案评审及评审记录表格编写这里需要将《方案设计评审记录表模版》进行下载并打开，《方案设计评审记录表模版》中主要包含两部分，其中一个部分是项目信息，项目信息栏中需要将项目具体名称、客户公司名称、客户联系方式以及需求逐条填写，如下图所示。5.2.5.数据采集项目方案评审第二个部分是方案设计评审内容，这块内容比较重要，其中包括的信息有评审人员、评审日期、评审意见与建议以及对应的整改记录。该任务需要提前组织人员，可以是老师也可以是学生，评审组成员建议3人以上，针对编写好的数据采集项目方案，方案编写者使用电脑进行方案的展示和解答，评审组成员进行评审然后提出方案整改意见。评审后需要根据《方案设计评审记录表模版》填写评审记录，包括项目信息和评审内容，填写好评审记录表后，根据表中的方案整改建议，针对数据采集项目方案进行再次调整，调整的同时需要将调整的内容逐条填入方案整改记录栏中。方案整改完毕后，再次召集刚才的评审组成员进行二次评审，直至方案定稿。5.2.6控制器扩展通信模块应用5.2.6控制器扩展通信模块应用1.常见PLC扩展通信模块在工业互联网数据采集项目前期调研阶段我们就会发现，在实际工业现场中，很多工业控制器都无法给我们提供可使用的通信接口，有些是因为原通信接口被占用，有些是因为通信接口损坏或是没有通信接口，那么如果我们依旧要求对设备进行数据采集，就需要用到控制器的扩展通信模块了，下面是常见的几个通讯模块的例子。(1)欧姆龙CIF01-RS232PLC扩展通信模块5.2.6控制器扩展通信模块应用(2)常见PLC扩展通信模块应用CP1系列PLC中CP1H、CP1L以及CP1E-E型无内置RS-232通讯口，所以对这些产品，如果要使用RS-232通讯，那么需要选择RS-232通讯适配器CP1W-CIF01，如下图注意：制作通讯电缆时请使用屏蔽线。自行制作通讯电缆时，确保针脚连接正确。主要针脚：2是发送，3是接收，9是信号地。避免在通讯时插拔电缆，避免在PLC通电时插拔通讯适配器（CP1W-CIF01）。5.2.6控制器扩展通信模块应用RS-485/422通讯时的拨码设置：1)RS-485通讯时，CP1W-CIF11/12的拨码开关23为ON。2)RS-422通讯时，CP1W-CIF11/12的拨码开关23为OFF。通信电缆接头处避免线头毛刺引起短路，如下图：注意：未正确使用通讯口会引起如下故障1)带电热插拔或强静电导致USB口通讯回路烧毁，导致无法通讯。2)误接线、热插拔或通讯干扰导致PLC上选件口或通讯适配器烧毁。误接线或通讯干扰，导致CP1W-CIF11通讯回路损坏。5.2.7模拟量转485信号模块应用5.2.7模拟量转485信号模块应用模拟量转485信号模块应用在工业现场，大多数用模拟量信号表示连续的数据（如压力、温度、电流等），而标准模拟量信号一般多为4-20mA电流信号或0-5V电压信号，随着自动化系统越来越复杂，直接采集各模拟量信号已不现实，就需要用到转换模块将模拟量信号转换成RS-485串口数据信号经RS-485总线远程传输。该模块包含8路模拟量输入和2路模拟量输出，如下图所示，出厂时默认通讯波特率为9600，停止位为1位，偶校验，8位数据长度。5.2.7模拟量转485信号模块应用(4)设置保存操作：1)通过0x05H命令码向地址23写入值0；2)通过0x05H命令码向地址22写入值1，开始进行设置保存；3)通过0x10H命令码向地址142写入0x1234；4)通过0x01H命令码读取地址23的值，若值为1则表示设置保存成功；(5)读取模拟量输入值通过命令码0x03H读取地址0，1，则读取到以mv为单位的第1路模拟量输入电压值（32位有符号数）。(6)设置模拟量输出电压值通过命令码0x10H向地址20，21写入要输出的以mv为单位的电压值。5.2.7模拟量转485信号模块应用2.测试工具使用操作主界面如下图：5.2.7模拟量转485信号模块应用点击“连接模块”按钮用于连接数字量模块，显示界面如下：模块出厂时默认为9600/8/E/1；根据模块具体的参数设置电脑端和模块相连的串口的参数。修改模块的485参数：点击按钮“模块通讯参数修改”按钮，用于修改模块485的通讯参数，如下图：5.2.7模拟量转485信号模块应用点击“确定修改”按钮后，模块参数会被修改，本程序需要根据新的参数执行重新连接模块的操作步骤，运行效果如下图。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云5.2.8.过程控制数据采集配置和上云过程控制系统由模拟化工现场水塔的透明水箱、工业级仪表、PLC、触摸屏、变频器、工业级压力变送器、温度变送器、涡轮流量计、液位传感器、电动调节阀、磁力水泵、水箱等组成。模拟工业现场，完成对系统的压力、温度、液位、流量的自动化控制。需要采集的数据如下表所示。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云步骤1：打开网关管理软件XEdge，点击配置工具，建立软件与网关盒子的连接。在设备型号菜单中选择“标准型”，通信方式选择“以太网”选项。点击“扫描”按钮，获得IP地址，弹出的界面显示的是当前使用PC可用的连接方式，根据PC配置不同而显示不同的选项。根据实际通信方式进行选择，本次选择“以太网2”，选择对应的网关，然后点击“确定”按钮，进入网络参数配置界面。点击右侧“读取”按钮，读取当前网关盒子的参数，选择“以太网”，点击“设置”按钮。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云步骤2：以太网配置分为两种“DHCP”和“静态IP”，本次选择静态IP，根据规划进行IP地址、子网掩码、网关、DNS1、DNS2、LANIP等进行填写，点击“设置”按钮。步骤3：选择“日志诊断”标签页，点击“读取”按钮，查看日志信息，日志内显示“盒子登录服务器成功”等信息，代表网关盒子成功登录服务器。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云步骤4：选择待配置的网关盒子，此处以默认分组下的“2号实训台过程控制”为例，选择“远程下载”，点击“设备管理”按钮，选择“网络PLC”，点击“新增”按钮，进行PLC的添加，在网络PLC设置界面中，根据现场设备信息进行填写，然后点击“确定”按钮。步骤5：选择待配置的网关盒子，此处以默认分组下的“2号实训台过程控制”为例。选择对应的网关盒子，在“数据监控”，点击“新建监控”按钮，新建监控数据，此处以液位为例。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云步骤4：选择待配置的网关盒子，此处以默认分组下的“2号实训台过程控制”为例，选择“远程下载”，点击“设备管理”按钮，选择“网络PLC”，点击“新增”按钮，进行PLC的添加，在网络PLC设置界面中，根据现场设备信息进行填写，然后点击“确定”按钮。步骤5：选择待配置的网关盒子，此处以默认分组下的“2号实训台过程控制”为例。选择对应的网关盒子，在“数据监控”，点击“新建监控”按钮，新建监控数据，此处以液位为例。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云步骤6：监控数据添加完成后，页面显示监控数据的状态，绿色表示监控数据运行正常，红色表示监控数据超时。步骤7：除了进行单个数据监控的创建，也可以批量导入数据监控。在数据监控中，选择“导入/导出”，点击“导入CSV”，在弹出页，点击“导入文件”按钮。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云步骤8：添加网关和设备，点击云平台实施模块下的采点配置模块，如下图所示，选择对应的设备“过程控制”，然后点击新增按钮，手动创建一条采点数据，在跳转的界面中，填写对应的必填数据项。步骤9：系统提示操作成功，采点界面可以看到刚刚配置的采点已经正常显示，且能够正常采集到数据，状态指示灯亮绿灯。5.2.8.过程控制数据采集配置和上云步骤10：批量导入采点配置，点击导入按钮，在弹出的文档选择窗口内选择对应的数据采集点位表格，然后点击打开，系统提示操作成功，如下图所示，可以看到我们批量导入的23个采点全部导入成功。步骤11：在设备管理模块中，可以看到此时该台设备的设备状态，所有采点采集正常，设备运行状态正常。5.2.9.数据软采5.2.9.数据软采1.手动新增一条标准格式的采集数据(1)打开云平台实施模块下的数据软采模块，选择标准表格数据采集，并点击新增按钮。5.2.9.数据软采(2)在弹出的参数录入界面，按照要求录入必填数据项并点击保存。系统提示操作成功，一条标准表格数据成功创建完成。5.2.9.数据软采2.导入标准表格，进行数据采集(1)点击导入按钮，如下图所示。5.2.9.数据软采(2)在跳转的文件选择栏内，选择一个标准格式数据表格并点击打开按钮。系统提示操作成功，如下图所示，标准表格中的数据全部成功导入。这里要注意的是，标准表格数据采集模板，对数据格式有严格要求，若不按照模板要求填写参数，上传时会报错，所以这里需要严格按照要求填写参数，具体要求可以下载模板后查看。5.2.9.数据软采3.非标表格数据采集(1)打开云平台实施模块下的数据软采模块，选择非标表格数据采集，并点击导入按钮。在弹出的页面中点击导入按钮，如下图所示。选择一个非标表格，并点击打开按钮。5.2.9.数据软采(2)因为该表格为非标表格，所以需要用到下面的字段映射功能，这里需要将时间、设备名称、项目名称、网关名称、点位名称以及数量这些参数进行一对一的映射，手动映射字段完成后点击确定，如下图所示。5.2.9.数据软采(3)系统提示操作成功，如下图所示，页面中可以看到刚刚导入的非标表格，并且字段映射关系也是正确的。5.2.10.项目验收5.2.10.项目验收1.项目结项汇报项目经理针对该项目，在确认满足合同验收条件的情况下，编写项